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在三維混凝土細觀的有限元模擬中，混凝土細觀幾何模型的建立是仿真前提，也是其難點。在ANSYS內(nèi)高效的建立三維幾何模型以匹配混凝土中多面體骨料的外形、分布、級配等參數(shù)，是三維混凝土細觀有限元仿真模擬的關鍵。

三維隨機纖維-球體骨料細觀混凝土模型——四相（砂漿、骨料、ITZ和纖維）組分的復合混凝土模型組成效果和仿真效果如下。 在前邊的三維隨機球體模型中，投放骨料的思路十分簡單，只需要使用python代碼隨機生成一個球體特征數(shù)據(jù)，再與已存儲的球體數(shù)據(jù)進行判斷（判斷球心距與兩球體半徑之和）即可。

混凝土模型三維混凝土細觀模型的建立是進行混凝土性能模擬的有效方法，而在comsol建模過程中隨機凸多面體骨料的生成是幾何模型的難點。這里提供一種快速高效的三維凸多面體骨料建模的方案，以實現(xiàn)不同集配的混凝土模型。建模教程首先采用CAD隨機多面體3D插件在AutoCAD內(nèi)生成所需要的三維混凝土細觀模型。

ABAQUS三維多面體骨料密堆積建模通過重力堆積算法構(gòu)建混凝土細觀結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)隨機分布模型與實際骨料沉降行為的偏差，更精準反映骨料在混凝土中的分布特征，可實現(xiàn)高骨料占比下的力學響應模擬，為混凝土損傷機理研究、材料參數(shù)標定及多尺度耦合分析提供可靠依據(jù)。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維混凝土多面體骨料重力密堆積模型。

模型說明 插件采用材料映射單元的方式，將不同相材料賦值到網(wǎng)格單元，實現(xiàn)三維混凝土細觀有限元模型。 插件建立的模型中包含5個Set，從1~5分別對應水泥基體、大粒徑骨料、小粒徑骨料、孔隙、界面過渡區(qū)。

在三維混凝土細觀模型的構(gòu)建過程中，為了簡化建模及模擬過程多采用二維模型，如采用圓形或多邊形來近似取代混凝土內(nèi)的粗骨料，部分學者采用的三維模型較多是把骨料簡化為球形來進行建模，而在混凝土中，骨料多為不規(guī)則的多面體形式，這就使得模型與實際產(chǎn)生一定的差異。 而在Abaqus建模過程中隨機多面體骨料的生成以及多面體骨料的干涉判別是幾何模型的難點。

通過AutoCAD軟件將骨料、ITZ及水泥砂漿部件分別導出為IGES格式文件后，再以部件形式導入ANSYS，通過 Design Modeler導入外部幾何結(jié)構(gòu)文件建立混凝土細觀有限元三維模型。 分析系統(tǒng)選擇顯示動力學，在模型中將建立的混凝土細觀幾何模型打開。

1、ANSYS三維纖維骨料混凝土：2、ANSYS球形試件隨機模型：3、ANSYS隨機裂縫巖石節(jié)理裂隙建模插件：CAD隨機幾何3D插件

創(chuàng)建作業(yè)并提交分析，查看三維多面體骨料密堆積混凝土細觀模型受壓模擬結(jié)果。

在ABAQUS內(nèi)采用CT2Model3D Multi-Material插件，選擇添加邊界后的文件夾內(nèi)的任意一張圖像，即可基于背景網(wǎng)格方式完成包含骨料、砂漿、ITZ在內(nèi)的三維混凝土細觀有限元模型重建。 下篇文章將介紹通過混凝土損傷塑性材料模型對重建后的混凝土試件進行受壓模擬。

研究進展通過ANSYS進行混凝土細觀模型的構(gòu)建是進行混凝土性能分析的有效方法，在ANSYS內(nèi)構(gòu)建混凝土細觀模型是分析的前提。現(xiàn)階段在ANSYS內(nèi)進行隨機混凝土模型構(gòu)建的主流方法是通過APDL命令流等形式，這要求研究者應具有一定的程序設計能力。為了方便快捷的構(gòu)建出混凝土細觀幾何模型，這里提出另一種建模方案，通過AutoCAD模型導入的方式，實現(xiàn)無編程構(gòu)建混凝土隨機骨料。

在AutoCAD軟件內(nèi)，采用CAD隨機多面體&過渡區(qū)3D V1.0插件建立隨機投放的多面體骨料、界面過渡區(qū)(ITZ)部件及水泥砂漿基體三維模型。插件在建模時已將不同組分分圖層繪制，方便批量導出及后續(xù)的材料指定。這里將砂漿、ITZ、不同粒徑的骨料分別導出為iges格式文件。

本案例基于ABAQUS AbyssFish CT2Model 3D V2.0插件，利用混凝土立方體試件的切片掃描圖像實現(xiàn)高精度有限元模型三維重建，精準劃分骨料及水泥砂漿區(qū)域，構(gòu)建三維再生骨料混凝土細觀模型。施加單軸壓縮荷載，動態(tài)追蹤再生混凝土的損傷演化過程，揭示裂紋的萌生及擴展機制。

《基于三維隨機細觀模型的珊瑚混凝土力學性能模擬》一文中建立了考慮界面層（ITZ）、骨料、砂漿的三相混凝土模型，并采用“背景投影法（網(wǎng)格映射法）”建立了六面體非均質(zhì)混凝土有限元模型。

模型采用CAD隨機多面體3D插件建立并導入ANSYS軟件。在ANSYS內(nèi)進行網(wǎng)格劃分。ANSYS隨機多面體骨料模型，采取精確的干涉判斷，采用多面體相交判別程序，不同于常見的球體干涉，本程序可達到更好的隨機度，以實現(xiàn)大粒徑與小粒徑的匹配度。

模型實例以下是Abaqus內(nèi)纖維混凝土的模型，纖維是采用三維圓柱體模擬的，混凝土內(nèi)的骨料采用的是實體的球體。纖維及骨料均可設置不同的尺寸，并且各類型的數(shù)目不受限制，即可設置多種纖維及球體骨料大小。研究進展在Abaqus內(nèi)建立混凝土細觀模型，如鋼纖維混凝土、不干涉球體骨料、多面體骨料模型等，是進行混凝土性能研究的主流方法之一。

2.建模方法 目前對于三維隨機骨料模型，主要有以下三種建模方法： 方法一：將顆粒增強復合材料結(jié)構(gòu)離散為體素模型，根據(jù)骨料含量模型中的一部分單元被假設為增強材料（骨料），另一部分單元作為基體材料（水泥、瀝青、樹脂等），該模型可用于研究骨料含量對材料力學性質(zhì)的影響。

隨機多面體模型的建立，實現(xiàn)多面體骨料以及多面體三維過渡區(qū)的幾何模型：有限元模型在AutoCAD軟件內(nèi)將外部基體、骨料、過渡區(qū)分別導出為iges格式文件，在Abaqus內(nèi)對這三份文件分別導入部件，并進行裝配：建立起隨機多面體骨料及界面過渡區(qū)的Abaqus幾何模型：后續(xù)可進行模型的力學分析等。建模插件：CAD_隨機多面體&過渡區(qū)插件